星钟/星历完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(User differential range error, UDRE)，来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了 UDRE 的一种改进算法， 建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程，进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度，通过滤波误差估计精度矩阵计算 UDRE，针对基准站对卫星 UDRE 影响因素， 仿真分析基准站高度截止角和数目分布对三种卫星倒 DOP 及 UDRE 的影响，仿真结果表明：基准站的高度截止角选为 15°，基准站数目选择 20 个以上较为合适。     

北斗卫星导航系统完好性参数研究

北斗卫星导航系统完好性参数包括用户差分距离误差(UDRE)、区域用户距离精度 (RURA)和格网点电离层垂直延迟改正数误差(GIVE)。本文研究了 UDRE、RURA 及 GIVE 的算法，分析仿真了 UDRE 和 RURA 一天中的变化，给出了格网点(IGP)97(40 °N，115°E) 一天内 GIVE 的变化曲线，验证了算法的可行性。仿真结果表明，UDRE、RURA 以及 GIVE 的算法均能够以 99.9%的置信度限定等效钟差改正数和格网点电离层延迟改正误差，为用户提供可靠的完好性监测。     

LAAS地面系统中多基准一致性检测算法的分析

局域增强系统(Local Area Augmentation System,LAAS)是美国联邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)开发的GPS地基增强系统,支持GPS差分精密进近和着陆.多基准一致性检测是LAAS地面完好性监测的核心算法.多基准一致性检测通过对伪距校正误差的测试和评估,保证了LAAS地面系统发布的伪距校正量误差不超出一个给定的范围.本文详细讨论了LAAS完好性监测模型中多基准一致性检测算法的B值的含义,并通过实验分析了B值的范围和阈值的选取.结果表明:在正常无故障情况下,B值的大小稳定在一个较小的范围内变化.一旦发生故障,通过阈值的限制就能检测出B值异常的情况.     

关于GBAS完好性统计量最佳门限值验证性研究

在地基增强系统(GBAS)的差分与完好性监测算法中,伪距差分是经常采用的一种测量差分模式,它在短基线情况下能够有效消除绝大部分空间相关测量误差和时间相关误差, 从而能够有效提高机载端定位精度。而在其完好性算法中,统计量门限值的选取是很重要的一个环节,门限值计算公式中虚警率对应的分位数 a 如何取值,直接决定着最终机载端差分定位结果的好坏。本文通过采集大量的 GBAS 差分卫星地面站完好性统计量数据进行分析,并以步长“2σ” 为间隔依次进行完好性统计量门限值的分析,最终通过比对伪距差分定位结果进一步验证门限值选取“6σ”的合理性。     

基于层次滤波器结构的卫星故障检测隔离

随着GPS/SINS组合导航系统应用领域的拓展,GPS完好性问题越来越受到关注。为快速有效地检测隔离GPS卫星慢变故障,提出一种层次滤波器结构,采用伪距量测的滤波算法,基于该结构完成了SINS/GPS组合导航算法和故障检测隔离算法的设计。以4颗星为例,仿真验证该方案不仅可以准确检测隔离慢变故障,而且可以使用未受故障卫星污染的滤波器继续进行导航解算。     

基于载波相位的卫导接收机自主完好性监测方法

卫星导航载波相位观测量相比伪距观测量精度高,但其容易由于受到遮挡等因素出现载波失锁、跳变等情况。为保障基于卫星导航载波相位相对定位的准确性与完好性,必须对载波相位进行完好性监测。传统的方法在观测域对载波完好性进行监测,但受限于伪距观测质量的影响效果较差。本文提出定位域监测的方法对载波相位完好性进行监测,通过对载波相位残差观测量进行一致性检验达到对载波相位故障监测的目的。仿真结果表明：本算法能够有效监测载波相位异常,保证了相对定位的精度与完好性。     

基于改进粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测算法

针对基本粒子滤波重采样过程中粒子权值退化和多样性丧失的问题,将遗传算法引入基于神经网络的权值调整粒子滤波算法中,结合了遗传算法全局寻优的收敛性与神经网络局部寻优的快速性优点。将提出的算法与对数似然比方法结合用于GPS接收机自主完好性监测,通过建立一致性检验统计量实现对故障卫星的检测与隔离。通过采集实测数据进行验证,结果表明:该算法可以成功检测和隔离故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的接收机自主完好性监测,验证了该算法应用于GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

北斗卫星导航系统误差分析与评估

北斗卫星导航系统误差主要包括与卫星相关的误差,信号传输过程中的误差和用户段的误差。这些因素可以造成卫星导航系统在使用的过程中无法及时对定位准确性进行有效警告,告警限值出现明显误差,甚至造成定位结果无法使用和完好性故障。按照空间信号接口规范, 利用广播星历,精密星历,原始电文和伪距计算出了卫星轨道误差,卫星钟差,电离层误差,对流层误差以及用户等效测距误差(UERE)。使用 Propak6 接收机接收机场附近的实测数据,对北斗导航系统的各项误差进行统计分析,为北斗导航系统应用到民航提供了重要依据。     

双系统卫星导航增强系统研究

提出了对双系统组合定位的增强方法，详细研讨了双卫星导航增强系统方案。该方法提高了卫星导航系统信息的安全性，在特殊时期，在某一系统不能使用时（如GPS），仍能利用其它卫星导航系统提供定位服务；通过地面差分修正站播发双卫星导航系统之间的系统时差以及地面差分修正站视界内所有卫星的伪距修正量，提高了卫星导航设备的可用性和定位精度；同时增加了信号的完好性，提供的冗余信息增加，使接收机自主完好性监测（RAIM）方法更易鉴别出故障卫星。     

一种矢量跟踪环路及其抗干扰性能分析

针对GPS信号在接收端的功率较弱,接收机在载噪比低的环境中很容易受到其他信号的干扰,该文提出一种基于矢量跟踪环路的接收机设计方法,在跟踪环路环节对干扰信号进行抑制。以实际的伪距、伪距率误差为状态量,量测得到的伪距、伪距率误差为观测量构建跟踪环路滤波器,利用更新后的接收机位置,计算出接收机与可视卫星间的观测矢量,完成闭合反馈回路。接收机的信号跟踪与导航解算部分融合一体,改变了传统接收机的结构。对比分析标量和矢量跟踪环路的预测伪距方差,来研究矢量跟踪环路对干扰信号的抑制性能。采用实际卫星星历进行仿真实验,验证了矢量跟踪环路比标量跟踪环路的预测伪距方差小,抗干扰能力强。     

Distribution of Reference Stations:Initial Explore on the Optimal Selection Strategy

The Satellite-based augmentation system(SBAS) is intended to provide real-time differential global navigation satellite system corrections with the high accuracy,availability,and integrity required for aviation applications.Since the performance of Satellite clock and ephemeris (SCE) corrections and Ionospheric range delay(IRD) corrections can vary dramatically depending on satellites and Ground reference stations (GRSs) geometry,therefore,we present a GRSs distribution optimized crite-ria and process to improve SBAS corrections performance.The present step-by-step optimized scheme using the average satellite surveillance dilution of precision and relative centroid metric availability of grid points as fitness values to determine the appropriate GRSs distribution to sufficiently meet the corrections requirements.The results show that the statistical mean RCM availability can reach more than 0.5518 for all IGPs and the coverage depth of GRSs in China and its surrounding areas is more than 25,which fully satisfies the requirement for solving SCE and IRD corrections.     

星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计

星基增强系统作为 GNSS 的重要组成部分，通过提供广播星历差分改正与完好性增强信息，满足高精度高完好性用户使用需求。本文主要设计了一套完整的星基增强系统单双频用户端定位算法处理策略，根据自编程序，验证了算法的正确性。     

基于GNSS完好性的ADS-B防欺骗

为有效解决广播式自动相关监视（ADS-B）系统易被人为恶意虚假欺骗这一紧迫问题,提出了一种将全球导航卫星系统（GNSS）完好性信息与ADS-B报文完好性特征属性参数进行一致性比对的自主式防欺骗方法。设计了基于GNSS完好性信息的ADS-B自主式防欺骗算法流程,并利用ADS-B接收机接收的真实报文和模拟产生的虚假报文,对整个防欺骗过程实施了仿真实验。通过对真假ADS-B混合报文的解析,获得时间、位置和导航不确定类别（NUC）的值,根据时间和位置信息利用接收机自主完好性监视（RAIM）和高级接收机自主完好性监视（ARAIM）的完好性增强算法,获得水平保护级（HPL）的预测值,再将该预测值与NUC值进行一致性比对,从而判别ADS-B报文的真实性。仿真结果表明,提出的防欺骗方法能有效防止不含完好性信息或完好性信息与飞机位置不关联的虚假ADS-B报文的恶意欺骗,对虚假报文的识别率不会低于99%。     

星基增强系统技术发展及应用研究

全球导航卫星系统(GNSS)是实现基于性能导航(PBN)的重要手段，星基增强系统(SBAS)对 GNSS 进行增强使其能够满足民航的高完好性标准要求。本文介绍了 SBAS 的概念和原理，并以广域增强系统(WAAS)为例，详细介绍了 SBAS 的系统架构、数据处理流程、 系统运行及管理和系统应用与服务，分析了 SBAS 的航空应用方法，并指出了利用双频多星座 SBAS 实现 CAT-I 精密进近的发展趋势和 SBAS 拓展到其他行业的应用趋势。     

基于EMD的无载波超宽带雷达目标检测算法

雷达系统的检测能力与回波采样数据中所包含的目标信号的数据量有紧密联系。无载波超宽带雷达体制下,发射脉冲可以由无载波高斯型信号表示,具有周期内持续时间极短、平均功率极低的特点。所以低信噪比就成为了影响其检测性能的重点问题之一。无载波超宽带雷达体制下的回波目标检测不能够继续沿用经典的频域相关接收的检测理论,由于受到系统信号的时域瞬态特性的影响,利用经验模态分解(EMD)算法对原始回波作初步去噪,同时重构目标信号;再通过包络对齐,完成多个回波的非相干积累。仿真结果验证了这种方法的可行性。     

电台广告智能监播系统设计

主要通过比较目前主要的三种音频检测方式的优缺点,依据电台广播与广告的特点确定采用声纹比对的解决方法,并制定了广告智能监播系统架构。根据梅尔倒谱系数算法提取广告原始音频与录播音频、开路信号音频特征值并进行对比的基本原理,确定了广告智能监播系统的初步流程与架构。在实际测试中优化了设计方案,最终测试结果达到既定目标,解决了北京电台人工校验广告的问题,并为今后北京人民广播电台广告智能监播的进一步研发打好了基础。     

天津滨海国际机场GBAS设备性能分析

地基增强系统(GBAS)是国际民航组织(ICAO)发展的新一代卫星导航着陆引导系统。GBAS 通过地面差分修正、完好性监测等技术,提高卫星导航系统精度、完好性、连续性、 可用性的“四性”指标,为飞机提供 I 类甚至更高等级精密进近着陆引导服务。简要介绍了 GBAS 系统的系统组成、工作原理,重点分析了天津机场 GBAS 设备运行情况,从系统精度、完好性、 连续性、可用性等方面入手,评估设备运行性能指标,为后续 GBAS 投入应用提供了技术基础。     

PBN概念下的GNSS/SINS组合导航完好性算法

为满足PBN中RNP规范对导航性能监测与告警要求,通过估计传统GNSS/SINS完好性算法检测统计量的变化率来提高故障检测效率,并在此基础上,提出一套基于量测分离的复合式平行滤波算法实现故障排除和量测重构,算法具有较强的灵活性和适用性。仿真分析表明,与传统方法相比,该算法可检测出惯性元件故障,检测效率更高,并且适用于多重故障的情形。     

星基增强系统接收机中的导航比特同步设计与性能仿真

星基增强系统(SBAS)中导航电文速率为500符号/秒,针对其弱信号时找导航比特边界难的特点,提出了基于最大似然算法的比特同步算法,给出了在SBAS接收机中比特同步的应用公式和实现方法,并进一步创新性地设计了包含有软判决和多次判决的比特同步综合流程;最后在多种导航比特分布的情形下,对最大似然比特同步算法进行了不同载噪比下的性能仿真,确认了此算法在接收信号很弱时仍然有效。